好書推薦！《動物行為實驗指南》電子版pdf，網盤發貨

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重復給予氯胺酮以維持其快速抗抑郁效果，可能會隨著時間推移產生副作用，凸顯了臨床上尚未滿足的需求：即如何從單次給藥中持續發揮該藥物的抗抑郁作用。已有研究提出，氯胺酮誘導的CA3-CA1突觸增強作用可能是其抗抑郁效應的關鍵突觸機制。

基于此，2025年5月8日，范德比爾特大學藥理學系Lisa M. Monteggia研究團隊在Science雜志發表了“Enhanced ERK activity extends ketamine’s antidepressant effects by augmenting synaptic plasticity”，揭示了增強的ERK活性通過促進突觸可塑性，延長氯胺酮的抗抑郁作用。

在本研究中，發現通過藥物抑制雙特異性磷酸酶6（DUSP6，一種負向調控ERK的磷酸酶）可以短暫增加細胞外信號調節激酶（ERK）的活性，從而增強氯胺酮誘導的CA3-CA1突觸增強效應。DUSP6的抑制能夠將急性氯胺酮治療的類抗抑郁行為效應延長至兩個月之久。而在興奮性神經元中選擇性敲除神經營養因子受體TrkB則消除了由DUSP6抑制所介導的突觸及行為學效應。這些數據表明，通過選擇性靶向下游細胞內信號通路可以延長氯胺酮快速抗抑郁作用的持續時間。

圖一 通過BCI增強ERK活性可以增強海馬CA1區的突觸效能

作者給小鼠注射了氯胺酮并通過免疫印跡法檢測ERK的磷酸化水平。結果發現，氯胺酮能夠顯著增加小鼠海馬CA1區ERK的激活，這種效應在藥物處理后6小時達到約50%的增幅。與單獨使用氯胺酮相比，同時給予BCI和氯胺酮的小鼠表現出更高的ERK磷酸化水平，這表明BCI通過抑制DUSP6活性增強了氯胺酮誘導的ERK激活。進一步的研究顯示，在興奮性神經元中敲除TrkB可以消除這些由DUSP6抑制介導的突觸和行為學效應，強調了選擇性靶向下游細胞內信號通路的重要性。此外，作者還研究了增強ERK活性對氯胺酮誘導的分子和突觸效應的影響。結果顯示，在聯合使用BCI和氯胺酮治療的小鼠中，24小時后p-ERK水平仍顯著升高并且這種聯合治療顯著增強了氯胺酮誘導的突觸效能，特別是在CA1區表現得最為明顯。相比之下，其他指標如p-AKT、p-S6以及JNK1、JNK2和P38的水平在不同治療組間未見顯著變化。最后，通過場電位記錄方法評估了突觸前后成分的變化，結果表明增強的ERK活性主要導致了突觸后的改變，并且可能直接影響神經遞質的釋放。總之，通過特異性抑制DUSP6來增強ERK活性，可以顯著延長氯胺酮的抗抑郁效果。

圖二 氯胺酮與BCI聯合治療能夠增加海馬CA1輻射層突觸表面GluA1和GluA2蛋白水平以及突觸數量

為了探究所觀察到的突觸增強效應是否源于突觸后AMPA受體（AMPAR）表達的增加，研究人員在治療后24小時檢測了CA1區GluA1和GluA2亞基的表面表達水平。氯胺酮可在2小時內迅速增加突觸表面AMPAR的表達，但在注射后24小時，只有在接受BCI與氯胺酮聯合治療的小鼠中，生物素標記實驗檢測到了GluA1和GluA2表面表達的顯著增加。相比之下，雷帕霉素（一種mTOR通路抑制劑，已在部分患者中顯示可延長氯胺酮的作用）雖然能夠輕微增強海馬中的ERK活性，但并未引起GluA1和GluA2表達的明顯上升。目前尚不清楚這些由BCI引發的數據是反映了單個突觸上AMPAR數量的增加，還是整個CA1區興奮性突觸總數的增加。為了解決這一問題，研究人員使用具有更高空間分辨率的dSTORM進行超分辨成像，以定量分析CA1輻射層區域（即場電位記錄的同一腦區）中突觸的絕對數量以及單個突觸內AMPAR的單分子聚集動態。通過不透膜免疫染色方法，并利用靶向GluA1和GluA2胞外表位的抗體，研究發現大多數檢測到的亞單位（70%至90%）與突觸標志物（Bassoon或Homer1）共定位，這很可能代表了具有功能性且表達于突觸表面的AMPARs。進一步分析各GluA1或GluA2簇的單分子定位動態發現，在BCI與氯胺酮聯合治療后24小時，GluA1/2簇的整體體積顯著增加，并且每個GluA1/2簇中的粒子數量也顯著增多，表明在單個突觸水平上，GluA1和GluA2亞單位的表面表達確實得到了增強。已有研究表明，氯胺酮誘導的樹突棘形成有助于維持其持續的抗抑郁作用（通常在24小時后測量）。為了評估增強的ERK活性是否也能通過促進突觸生成來延長氯胺酮的作用，研究人員在CA1輻射層中使用Bassoon（突觸前標記）和Homer1（突觸后標記）對興奮性突觸數量進行了定量分析（兩者約有60%共定位）。dSTORM成像結果顯示，在接受BCI與氯胺酮聯合治療的小鼠中，Bassoon和Homer1簇的數量（獨立評估）均顯著增加，而簇的體積及每簇中的粒子數量則未發生變化。此外，GluA1和GluA2表面簇的數量也隨著聯合治療而增加。這些結果表明，增強ERK活性不僅增強了突觸后AMPAR的表達，還促進了突觸的生成，從而可能延長氯胺酮的抗抑郁效果。

圖三 BCI通過延長氯胺酮的抗抑郁效果，在慢性應激模型中展現了其潛力

作者研究了BCI增強的ERK活性是否能夠延長氯胺酮在慢性皮質酮（CORT）誘導的小鼠應激模型中的行為學效應。小鼠連續3周飲用含CORT的水后，再恢復正常飲水4周，此模型能模擬長期慢性應激引起的行為變化。在停止CORT處理4周后，通過糖水偏好測試評估發現，暴露于CORT的小鼠顯示出蔗糖偏好的顯著降低，表明存在快感缺乏癥狀。為了確定增強ERK活性是否可以延長氯胺酮的效果，在3周CORT處理結束時，對表現出快感缺乏的小鼠進行急性注射生理鹽水、氯胺酮、BCI或氯胺酮聯合BCI治療。4周后使用糖水偏好測試、強迫游泳測試和新奇抑制攝食試驗評估效果。結果顯示，單獨給予生理鹽水、氯胺酮或BCI的小鼠仍顯示較低的蔗糖偏好，而接受氯胺酮與BCI聯合治療的小鼠則表現出蔗糖偏好的顯著增加，達到接近未受應激對照組的水平。此外，在強迫游泳測試中，聯合治療組比單獨使用氯胺酮的小鼠表現出更短的不動時間；新奇抑制攝食試驗也顯示只有接受聯合治療的CORT小鼠表現出縮短的攝食潛伏期，并且所有接受聯合治療的小鼠在5分鐘內都開始進食，而其他組不到50%的小鼠能做到這一點，這表明并非由于食欲改變所致。曠場實驗和運動活動測試顯示大多數時間點上各組之間的運動活性無顯著差異。綜上所述，BCI通過增強氯胺酮誘導的ERK活性，在慢性應激模型中顯著延長了其抗抑郁行為效應，而不伴隨明顯的副作用。

圖四 CA1神經元中的TrkB對于BCI介導的氯胺酮突觸增強效應及其抗抑郁作用的增強是必不可少的

研究表明，氯胺酮誘導的突觸增強及其快速抗抑郁行為反應依賴于BDNF-TrkB信號通路。ERK是TrkB激活后在海馬體中發揮功能的關鍵下游信號分子，并且對氯胺酮的抗抑郁作用至關重要。預先使用SL327（可阻斷氯胺酮誘導的ERK活性）能夠阻止氯胺酮在治療后24小時的持續效應，但不影響其在2小時時的急性作用。此外，SL327還消除了氯胺酮在CA1區誘導的元可塑性，表明ERK對于突觸可塑性的長期維持和氯胺酮的持續作用是必需的。相反地，作者發現BCI通過抑制DUSP6增強了氯胺酮誘導的ERK激活、CA1區突觸增強以及類抗抑郁行為效應。為了驗證這些生理和行為效應是否依賴于TrkB-ERK信號通路，而不是DUSP6抑制所引發的與TrkB無關的非特異性分子事件，作者使用了CamKII-Cre93小鼠與TrkBflox/flox小鼠雜交獲得的在前腦興奮性神經元中條件性敲除TrkB的小鼠（TrkB-cKO）。隨后，作者將這些小鼠分為不同組別，分別接受BCI+生理鹽水或BCI+氯胺酮治療，并與同窩對照小鼠比較蛋白表達變化、治療后24小時的場電位記錄以及4周后的行為反應。結果顯示，在野生型對照小鼠中，BCI與氯胺酮聯合治療顯著增加了CA1區的p-ERK水平，而在TrkB-cKO小鼠中則沒有這種增加。此外，來自TrkB-cKO小鼠的海馬腦片在任何處理條件下均未表現出氯胺酮誘導的CA1突觸增強，而對照組小鼠在接受BCI與氯胺酮聯合治療后突觸增強效應進一步增強。與對照組相比，接受聯合治療的TrkB-cKO小鼠突觸后反應減弱。同時，在TrkB-cKO小鼠中，BCI與氯胺酮聯合治療未能提升GluA1和GluA2在CA1區的表面表達，也無法在4周后引起類似對照組的抗抑郁行為改善。TrkB在CA1突觸的突觸后定位對啟動氯胺酮的抗抑郁作用至關重要，作者進一步探討了CA1神經元中的TrkB信號是否對增強ERK活性后延長的抗抑郁效果也是必需的。為此，作者將表達GFP-Cre或GFP的腺相關病毒注射到TrkBflox/flox小鼠的CA1錐體細胞層，以實現僅在CA1神經元中選擇性敲除TrkB。免疫印跡結果顯示，在注射GFP-Cre的CA1區域中，全長TrkB蛋白顯著減少。手術三周后，作者給予小鼠生理鹽水+BCI或氯胺酮+BCI治療，并在四周后進行行為學測試。強迫游泳測試顯示，在注射GFP的對照組小鼠中，BCI與氯胺酮聯合治療能顯著延長抗抑郁樣效應；而在CA1區TrkB被特異性敲除的小鼠中，這種延長效應完全消失。為排除TrkB敲除可能引起的焦慮或運動異常，作者進行了曠場實驗和運動活動測試，結果顯示各組之間在焦慮樣行為或運動活性方面無明顯差異。這些結果表明，CA1神經元中的TrkB信號對于BCI增強氯胺酮突觸效應和延長其抗抑郁行為效果是必不可少的，進一步支持了靶向TrkB及其下游ERK通路在開發長效抗抑郁策略中的核心地位。

總結

在這項研究中識別并利用了一個關鍵的分子信號通路來顯著延長抗抑郁效果。研究發現，在臨床前動物模型中，增加ERK活性可以使單次劑量氯胺酮的抗抑郁作用持續數周。通過調節下游分子靶點維持氯胺酮的抗抑郁效果，為那些對抗抑郁治療抵抗的患者提供了一種新的、有吸引力的治療方法，避免了重復給予氯胺酮的需求。這些結果表明，通過特定機制增強ERK活性不僅能夠促進突觸效能，還能有效延長氯胺酮的抗抑郁。

文章來源

10.1126/science.abb6748